CN103421466A - 一种生物质复合胶黏剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种生物质复合胶黏剂及其制备方法，分别将植物蛋白和植物淀粉经过改性处理，制成蛋白质胶和淀粉胶单体，再将两单胶体在40~70℃温度条件下复合反应，再加入熟石灰、氢氧化镁、氧化镁、工业明胶等助剂，增加其环境耐性和胶粘性能；本发明所述的生物质复合胶黏剂与单一蛋白质胶和淀粉胶相比，黏着性更强，黏着寿命更长，是一种优良的生物质胶胶黏剂解决方案。

Description

一种生物质复合胶黏剂及其制备方法

技术领域

本发明属于胶黏剂领域，具体涉及一种生物质胶黏剂及其制备方法。

背景技术

用于木材粘接的胶剂大多数种类中含有甲醛，含有甲醛的木质产品会对人体的健康造成严重的影响；不含甲醛的生物质胶黏剂成为一个很重要的研究方向，申请号为200610124835.3的专利文献中公开了一种用富含蛋白质的植物性原料制备无甲醛木材胶粘剂的方法，该方法将植物性原料中的蛋白质成分经过强碱处理，添加氮极性物质、防腐剂、缓冲剂、耐水强化剂、脲酶抑制剂等助剂的处理，在一定程度上增加了蛋白质胶的环境耐力，但跟化工胶黏剂相比性能差距仍然很大；申请号为201110273555.X的专利文献中公开了一种将植物蛋白和动物蛋白结合制取蛋白质胶的方法，该方法主要采用将蛋白质热变性的技术解离蛋白质的三维结构，使其变为二维的长链结构，以增加粘黏性，但植物蛋白和动物蛋白化学性质差别很大，将它们一起进行热变性处理，效率并不会很高，而且将动物蛋白用于制作木材粘黏剂的原料，增加了成本；目前采用大豆蛋白制取胶黏剂的技术方案也受到人们的关注，申请号为201010289400.0的专利文献中公开一种大豆蛋白偶联碳酸钙以增强蛋白质将的黏着强度的技术方案，对蛋白质胶的粘合性能有一定的改善，但大豆是一种营养价值很高的食品资源，用于制备胶黏剂，成本很高。用淀粉制取胶黏剂的方法也成为一个新的研究方向，申请号为201010171082.8的专利文献中公开了一种木材用改性淀粉胶的制备方法，该方法将酸解氧化后的淀粉溶液用醋酸进行酯化，再调胶制的，这种酯化聚合得到的高分子改性淀粉胶一定程度上增强了粘黏性能和耐水性，但采用过硫酸钾作为氧化剂，成本太高，申请号为200410065584.7的专利文献中公开了一种淀粉胶粘剂的制备方法，该方法是将淀粉在碱性环境下用30%的双氧水做氧化还原处理，再经过光化反应得到，因为光照只能照射到胶体的表面，需要不断搅拌，使胶体充分均匀的接受光照，这样很大程度上延长了制胶时间，降低了胶体的生产效率，不适合大规模生产。 

发明内容

本发明的目的在于解决上述生物质胶黏剂的不足，提供一种蛋白质和淀粉的复合生物质胶黏剂。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种生物质复合胶黏剂及其制备方法，其特征在于：所述生物质胶粘剂组成成分及其含量如下：

蛋白质胶：30~60%；

淀粉胶：30~70%；

工业明胶：0~15%

熟石灰：0~10%；

氢氧化镁：0~10%；

氧化镁：0~5%；

硅烷偶联剂：淀粉用量的0.6~1%；

糠脲树脂偶联剂：蛋白用量的0.4%~1.2%；

朱砂：0.1~0.5%；

膨润土 ：0.5~5%；

纤维素黄酸酯：0.1~0.5%。

所述蛋白质胶制备方法包括如下步骤：

（1）提取粗蛋白：选油料作物菜籽饼、棕榈饼、棉籽饼、茶树籽饼、蓖麻饼和小油桐籽饼中的一种或多种粉碎成粉末，加入温度为35~85℃的水并搅拌，制成质量浓度为5~15%的悬浊液，缓慢滴加0.001~0.5mol/l的氢氧化钙溶液，并保持悬浊液的pH值在7.5-14范围内，搅拌溶解1~2小时，控制氢氧化钙的质量为油料作物籽饼粉末质量的1.5~15%，再将悬浊液在40~90℃下搅拌浓缩至粘稠状，并保持体系pH值在7.0~14范围内；

（2）蛋白胶的变性：将上述制取的粗蛋白以料液比为1:10~2:10(kg/L)加入到浓度为80~120g/L的尿素溶液中，搅拌反应1~2小时，使尿素充分作用于粗蛋白；然后添加占粗蛋白质量2~8%的三聚磷酸钠，继续搅拌反应1~2小时，使其进行充分反应，反应过程中始终保持体系的pH值在7.5~8.5，反应完成后，保持温度在30~80℃，搅拌挥发尿素0.5~1小时；

（3）偶联：在上述处理后的蛋白质溶液中加入糠脲树脂偶联剂，加入量为粗蛋白重量的0.4%~1.2%，保持温度在30~80℃，搅拌反应30min。

所述淀粉胶制备方法包括以下步骤：

（1）氧化：称取淀粉在60~80℃水中调配成质量分数为50%的淀粉乳，调节溶液的pH为8~10；加入有效氯含量为10%，重量为干淀粉的1.5~4%的次氯酸钠溶液，50℃搅拌反应2~3小时，保持淀粉乳的pH值为8~10；

（2）还原：到达反应时间后，调节溶液pH值为6.0~6.5，用硫代硫酸钠还原剩余的氧化剂；边搅拌边加入浓度为30%的氢氧化钠溶液，加入量为干淀粉的0.5~1.5%，搅拌20min；

（3）偶联：到达反应时间后，加入硅烷偶联剂，加入量为干淀粉重量的0.6~1%；充分搅拌，使淀粉乳糊化成均匀透明的淡黄色胶体；

（4）复合：然后加入干淀粉重0.1~1.5%的硼砂、干淀粉重10~20%的聚乙烯醇溶液、干淀粉重的1~5%的硅酸钠溶液，搅拌20min，得到复合改性淀粉胶。

该种生物质复合胶黏剂的制备方法如下：

先将配置好的淀粉胶倒入可加热容器中，加入量为胶体总量的30~70%，优化参数为50%，加热并保持温度在40~70℃范围内，加入蛋白质胶，加入量为胶体总量的30%~60%，优化参数为30%，搅拌1~2小时，使其充分复合；保持温度在30~40℃，加入工业明胶，加入量为胶体总量的0~15%，优化参数为10%，搅拌使其充分溶解分散；再将熟石灰、氢氧化镁、氧化镁，朱砂，膨润土，纤维素黄酸酯，按照任意比例混合并加入胶体中，加入总量为胶体总量的10%，优化参数为熟石灰4%，氢氧化镁2%，氧化镁2%，朱砂0.2%，膨润土1.5%，纤维素黄酸酯0.3%，充分搅拌使其混合均匀，停止加热使体系温度降至室温，即可制的胶体成品。

本发明的有益效果是：

本发明所述的生物质复合胶黏剂将植物淀粉和蛋白质，分别作改性处理，再将两者复合反应，使蛋白质分子中的氨基和羧基与改性淀粉中的羟基脱水缩合，制成网状的“糖蛋白”大分子，蛋白质的极性基团种类多且数量大，更容易和物料表面分子形成范德华力和氢键，这样就会很大程度上增强胶体的黏着性能，也扩展了其实用范围，淀粉胶可克服蛋白质胶不透明和环境耐性低的缺点；蛋白质胶和淀粉胶复合而成的生物质胶体避免了两胶体各自的缺陷，黏着性能和环境耐性也大大提高，因此，本发明是一种优良的生物质胶黏剂解决方案。

具体实施例

本发明所述的生物质复合胶黏剂及其制备方法具体实施方式如下：

一．蛋白质胶的制备

（1）提取粗蛋白：选油料作物菜籽饼、棕榈饼、棉籽饼、茶树籽饼、蓖麻饼和小油桐籽饼中的一种或多种粉碎成粉末，加入温度为35~85℃的水并搅拌，制成质量浓度为5~15%的悬浊液，缓慢滴加0.001~0.5mol/l的氢氧化钙溶液，并保持悬浊液的pH值在7.5-14范围内，搅拌溶解1~2小时，控制氢氧化钙的质量为油料作物籽饼粉末质量的1.5~15%，再将悬浊液在40~90℃下搅拌浓缩至粘稠状，并保持体系pH值在7.0~14范围内；

（2）蛋白胶的变性：将上述制取的粗蛋白以料液比为1:10~2:10(kg/L)加入到浓度为80~120g/L的尿素溶液中，搅拌反应1~2小时，使尿素充分作用于粗蛋白；然后添加占粗蛋白质量2~8%的三聚磷酸钠，继续搅拌反应1~2小时，使其进行充分反应，反应过程中始终保持体系的pH值在7.5~8.5，反应完成后，保持温度在30~80℃，搅拌挥发尿素0.5~1小时；

（3）偶联：在上述处理后的蛋白质溶液中加入糠脲树脂偶联剂，加入量为粗蛋白重量的0.4%~1.2%，保持温度在30~80℃，搅拌反应30min。

二．淀粉胶的制备

（1）氧化：称取淀粉在60~80℃水中调配成质量分数为50%的淀粉乳，调节溶液的pH为8~10；加入有效氯含量为10%，重量为干淀粉的1.5~4%的次氯酸钠溶液，50℃搅拌反应2~3小时，保持淀粉乳的pH值为8~10；

（2）还原：到达反应时间后，调节溶液pH值为6.0~6.5，用硫代硫酸钠还原剩余的氧化剂；边搅拌边加入浓度为30%的氢氧化钠溶液，加入量为干淀粉的0.5~1.5%，搅拌20min；

（3）偶联：到达反应时间后，加入硅烷偶联剂，加入量为干淀粉重量的0.6~1%；充分搅拌，使淀粉乳糊化成均匀透明的淡黄色胶体；

（4）复合：然后加入干淀粉重0.1~1.5%的硼砂、干淀粉重10~20%的聚乙烯醇溶液、干淀粉重的1~5%的硅酸钠溶液，搅拌20min，得到复合改性淀粉胶。

三．蛋白质胶和淀粉胶的复合

先将配置好的淀粉胶倒入可加热容器中，加入量为胶体总量的30~70%，优化参数为50%，加热并保持温度在40~70℃范围内，加入蛋白质胶，加入量为胶体总量的30%~60%，优化参数为30%，搅拌1~2小时，使其充分复合；保持温度在30~40℃，加入工业明胶，加入量为胶体总量的0~15%，优化参数为10%，搅拌使其充分溶解分散；再将熟石灰、氢氧化镁、氧化镁，朱砂，膨润土，纤维素黄酸酯，按照任意比例混合并加入胶体中，加入总量为胶体总量的10%，优化参数为熟石灰4%，氢氧化镁2%，氧化镁2%，朱砂0.2%，膨润土1.5%，纤维素黄酸酯0.3%，充分搅拌使其混合均匀，停止加热使体系温度降至室温，即可制的胶体成品。

本发明所述的生物质复合胶黏剂更容易和物料表面分子形成范德华力和氢键，黏着性与单一的蛋白质胶和淀粉胶相比，有很大程度的提升，对环境的耐性也更强，本发明是一种优良的生物质胶黏剂解决方案。

Claims (4)

1.一种生物质复合胶黏剂，其特征在于：所述生物质胶粘剂组成成分及其含量如下：

蛋白质胶：30~60%；

淀粉胶：30~70%；

工业明胶：0~15%

熟石灰：0~10%；

氢氧化镁：0~10%；

氧化镁：0~5%；

硅烷偶联剂：淀粉用量的0.6~1%；

糠脲树脂偶联剂：蛋白用量的0.4%~1.2%；

朱砂：0.1~0.5%；

膨润土 ：0.5~5%；

纤维素黄酸酯：0.1~0.5%。

2.根据权利要求1所述的生物质复合胶黏剂，其特征在于：所述蛋白质胶制备方法包括如下步骤：

（1）提取粗蛋白：选油料作物菜籽饼、棕榈饼、棉籽饼、茶树籽饼、蓖麻饼和小油桐籽饼中的一种或多种粉碎成粉末，加入温度为35~85℃的水并搅拌，制成质量浓度为5~15%的悬浊液，缓慢滴加0.001~0.5mol/l的氢氧化钙溶液，并保持悬浊液的pH值在7.5-14范围内，搅拌溶解1~2小时，控制氢氧化钙的质量为油料作物籽饼粉末质量的1.5~15%，再将悬浊液在40~90℃下搅拌浓缩至粘稠状，并保持体系pH值在7.0~14范围内；

（2）蛋白胶的变性：将上述制取的粗蛋白以料液比为1:10~2:10(kg/L)加入到浓度为80~120g/L的尿素溶液中，搅拌反应1~2小时，使尿素充分作用于粗蛋白；然后添加占粗蛋白质量2~8%的三聚磷酸钠，继续搅拌反应1~2小时，使其进行充分反应，反应过程中始终保持体系的pH值在7.5~8.5，反应完成后，保持温度在30~80℃，搅拌挥发尿素0.5~1小时；

（3）偶联：在上述处理后的蛋白质溶液中加入糠脲树脂偶联剂，加入量为粗蛋白重量的0.4%~1.2%，保持温度在30~80℃，搅拌反应30min。

3.根据权利要求1所述的一种生物质复合胶黏剂，其特征在于：所述淀粉胶制备方法包括以下步骤：

（1）氧化：称取淀粉在60~80℃水中调配成质量分数为50%的淀粉乳，调节溶液的pH为8~10；加入有效氯含量为10%，重量为干淀粉的1.5~4%的次氯酸钠溶液，50℃搅拌反应2~3小时，保持淀粉乳的pH值为8~10；

（2）还原：到达反应时间后，调节溶液pH值为6.0~6.5，用硫代硫酸钠还原剩余的氧化剂；边搅拌边加入浓度为30%的氢氧化钠溶液，加入量为干淀粉的0.5~1.5%，搅拌20min；

（3）偶联：到达反应时间后，加入硅烷偶联剂，加入量为干淀粉重量的0.6~1%；充分搅拌，使淀粉乳糊化成均匀透明的淡黄色胶体；

（4）复合：然后加入干淀粉重0.1~1.5%的硼砂、干淀粉重10~20%的聚乙烯醇溶液、干淀粉重的1~5%的硅酸钠溶液，搅拌20min。

4.一种生物质复合胶黏剂的制备方法，其特征在于：制备方法如下：

先将配置好的淀粉胶倒入可加热容器中，加热并保持温度在40~70℃范围内，加入蛋白质胶，搅拌1~2小时，使其充分复合；保持温度在30~40℃，加入工业明胶，搅拌使其充分溶解分散；再加入熟石灰，氢氧化镁，氧化镁，朱砂，膨润土，纤维素黄酸酯，充分搅拌使其混合均匀，停止加热使体系温度降至室温，即可制得胶体成品。